3. Контрольные вопросы

1. Что такое температурное поле, изотермическая поверхность, изотермы, градиент температуры?

2. Сформулируйте и поясните физический смысл закона теплопроводности Фурье.

3. Поясните механизм и закономерности теплопередачи путем конвекции и радиации.

4. В чем заключается адиабатическое и изотермическое краевые условия, а также условия теплообмена на границе со средой заданной температуры?

5. Какие упрощенные схемы нагреваемого тела и источников тепла применяют при тепловых расчетах?

6. Напишите уравнение температурного поля для случая распространения тепла от мгновенного неподвижного точечного источника тепла в полубесконечном теле. Поясните значения величин и их размерности.

7. Какие типовые схемы применяются при расчетах тепловых процессов при сварке.

8. Напишите уравнение предельного состояния процесса распространения тепла от точечного источника тепла постоянной мощности, движущегося с постоянной скоростью по поверхности полубесконечного тела, отнесенное к подвижной системе координат. Проанализируйте, как меняется характер передней и задней ветвей кривой при изменении скорости движения источника.

9. Напишите уравнение процесса распространения тепла при однопроходной сварке пластин встык. Сделайте анализ этого уравнения.

10. В чем выражается влияние параметров режима сварки и теплофизических свойств металла на температурное поле?

11. Что такое термический цикл данной точки тела при сварке?

12. Как изменяются термические циклы точек тела в зависимости от их расположения от шва?

4. Объем и содержание

Работа представляется в виде пояснительной записки, выполненной на стандартных листах формата А4. Объем записки не более 25 листов. Полученные данные расчетов представляются в виде таблиц и графиков.

В задании предусматривается:

а) определение температурного поля от действия точечного источника тепла постоянной мощности на полубесконечном теле;

б) определение температурного поля от действия линейного источника тепла по поверхности пластины;

в) определение оптимальной погонной энергии и параметров режима сварки, исключающих возможность образования закалочных структур в зоне термического влияния в основном металле.

5. Задание на курсовую работу

Задание на курсовую работу предусматривает решение трех тепловых задач, которые наиболее часто встречаются на практике при выполнении сварных конструкций.

Варианты заданий приведены в таблицах 4, 5, 6.

Задание 1

Рассчитать, как распределяются температуры по оси Х – Х и на различных расстояниях по оси Y – Y при наплавке валика на массивную стальную деталь. Режимы наплавки для каждого варианта приведены в табл. 4.

Для проведения расчетов необходимо:

- выбрать расчетную схему изделия и источника тепла;

- по справочникам определить теплофизические величины для заданной стали, необходимые для расчетов;

- выбрать необходимые расчетные формулы.

Расчет температур произвести для точек, расположенных на оси Х – Х позади источника тепла на расстоянии 5, 10, 15, 20, 30, 40, 60, 80 и 100 мм, и впереди источника тепла на расстоянии 0,1; 0,2; 0,3; 0,5 и 1 мм.

Расчет температур по оси Y – Y произвести для точек, расположенных на расстоянии 0,5; 1,5; 10, 15 и 20 мм при

заданных Х.

Результаты проведенных расчетов представить в виде таблиц и графиков. Дать краткий анализ полученных результатов расчета.

Определить графоаналитическим расчетом контур изотерм 600 и 900⁰С.

Задание 2

Рассчитать температурное поле нагрева и охлаждения для точек, расположенных от оси сварного шва на расстоянии 5, 10, 15 и 20 мм при сварке пластины встык за один проход. Параметры режима сварки для каждого варианта приведены в табл. 5.

Результаты проведенных расчетов представить в виде таблиц и графиков.

Задание 3

Установить расчетным путем при какой минимальной погонной энергии в металле шва и околошовной зоне сварного соединения, выполняемого встык за один проход или при наплавке валика на массивное тело не возникают закалочные структуры при заданной критической скорости охлаждения для заданной марки стали. Варианты задания приведены в табл. 6.

Необходимо выбрать:

- расчетную схему изделия и источника тепла;

- теплофизические величины для заданной стали, необходимые для расчета;

- расчетные формулы.

По полученной расчетным путем погонной энергии определить параметры режима сварки.

Литература

1. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. - М.: Машгиз, 1951.

2. Петров Г.Л. Тумарев А.С. Теория сварочных процессов. - М.: Высш. школа, 1977.

3. Теория сварочных процессов, под редакцией В.В.Фролова. М.: Высш. школа, 1977.

Таблица 4

Варианты заданий к задаче № 1.

Номер Варианта	Марка Материала	Способ сварки	Параметры режима сварки
			I, A	U, B	V, м/ч
1	Ст.22К	АСФ	400	26	10
2	Ст.3	СО2	300	24	16
3	Ст.10	РДС	100	26	8
4	0Х18Н9Т	АСФ	480	30	18
5	Ст.45	СО2	320	24	20
6	04Х16М25	РДС	110	30	10
7	15ХМФА	АСФ	560	32	25
8	15Л	СО2	350	26	26
9	12Х13	РДС	120	32	12
10	07Х25Н13	АСФ	600	34	30
11	30ХМА	СО2	380	26	30
12	30ХГСА	РДС	130	32	15
13	25Х2МФ	АСФ	650	36	36
14	18ХГТ	СО2	400	28	35
15	40ХФА	РДС	140	32	15

Таблица 5

Варианты заданий к задаче № 2

Номер варианта	Марка стали	Толщина пластины, мм	Способ сварки	Параметры режима сварки
				I, A	U, B	V, м/ч
1	Ст.22	8	АСФ	480	30	18
2	Ст.3	5	СО2	300	28	16
3	Ст.10	2,5	РДС	120	32	12

Продолжение табл. 5

4	0Х18Н9Т	10	АСФ	700	32	40
5	Ст.45	6	СО2	350	32	26
6	04Х16М25	3	РДС	130	32	15
7	15ХМФА	10	АСФ	450	28	40
8	15Л	6	СО2	300	24	16
9	12Х13	3	РДС	140	32	15
10	20Х13	12	АСФ	650	36	36
11	30ХМА	8	СО2	450	28	30
12	30ХГСА	5	РДС	160	25	12
13	25Х2МФ	4	АСФ	300	32	18
14	18ХГТ	6	СО2	310	32	27
15	40ХФА	5	РДС	180	23	8

Таблица 6

Варианты заданий к задаче № 3

№ Вари-анта	Марка стали	Толщина пластины, мм	Критическая скорость охлаждения град/с	Температура ^0С
1	Ст.45	8	20	680
2	Ст.22К	100	25	620
3	20Х13	10	20	680
4	Ст.50	40	15	650
5	40Х13	3	10	680
6	30ХГСА	5	25	680
7	38ХМА	60	25	620
8	30Х	12	25	680
9	12ХМ	20	18	680
10	30ХС	14	25	680
11	25ХМФ	50	20	650
12	30ХМА	300	20	680
13	38Х2Н2МА	180	25	650
14	30Л	70	30	680
15	50Л	200	25	680